考古学家是怎么知道这个罐子是哪一年的？

科普中国-科普融合创作与传播 2020-05-22 作者：杨萌（日本九州大学考古学研究室）

　　最近各大博物馆争奇斗艳，各出奇招，努力吸引刚从宅家生活中走出来的各位去逛一逛。可是小问号们有没有一些关于博物馆的疑惑呢？比如，展示牌上这些“公元前xxx年到xxx年”的记述从何而来？

　　考古学家凭什么就敢说这个平平无奇的黑色罐子是来自于几千年前的呢？这其中有一种方法叫做放射性碳素年代测定法，简称C-14法。

　　图片来源：作者自制

　　2020年4月8日出版的《自然》杂志上刊登了一篇关于使用特异性碳十四来精准测定陶器年代的文章。科学家挑战了年代测定中最难的环节——利用碳-14法进行精确的陶器年代测定。

　　什么是C-14法？

　　C-14，即碳-14，是碳元素的一种放射性同位素，丰度极低（一百万亿分之一左右）。C-14虽然丰度不高，但广泛存在于各种有机体之中，这又是什么原因呢？地球上的C-14基本为宇宙射线中子流与N-14反应形成，最初产生自高空大气层。之后C-14与空气中的氧反应，最终混入空气中的二氧化碳内。植物光合作用吸收二氧化碳，我们和动物再直接或间接地通过植物摄取能量，生物体中便有了C-14存在。

　　那么，为什么它能进行年代测定呢？

　　在死亡生物体中C-14不断衰变为非放射性的N-14，其半衰期为5730±40年，即100个C-14衰变成50个的时间是5730±40年。最初的放射碳素年代分析法测量的是衰变过程中所释放的β线，这种方法使用的材料较多且精度不够，轻松一个误差就能模糊掉一个发展阶段。70年代发明了AMS法（加速器质量分析法），即用加速器确认C-14的原子数量，从而可以更加精确地测定年代，加上使用的测试材料也很少，因此更加适应于考古学遗物遗迹的测定。

　　精确的陶器年代测定为什么非常难？

　　因为陶器是无机物，所以陶器的精确年代测定挠光了许多人的头发。

　　图片来源：作者自制

　　而在这篇《自然》杂志的论文中，科学家们非常机智地使用了陶器上的食物残存。陶器中的大部分都是作为餐具或者储藏用具使用的，比如装牛奶，装肉食。由于陶器加工时温度较低，空隙较大，容易有一些食物的残留在陶器的空隙里。通过对这些食物残存中脂质里的放射性碳元素进行测定，再对比能够矫正误差的树木年轮年代学，就可以准确地知道这个陶器是什么时候使用的了，也就知道这个陶器的年代了。

　　不仅如此，我们还可以知道人类从什么时候开始制作一些特殊的食品，比如什么时候开始吃米饭，什么时候开始吃豆子，什么时候开始吃猪肉了。